¿Cuáles son los tipos de modulación digital?
En teoría, no existe una diferencia esencial entre la modulación digital y la modulación analógica. Ambas son modulación de onda sinusoidal. Sin embargo, la señal de modulación de la modulación digital es una modulación de onda sinusoidal digital, mientras que la señal de modulación de la modulación analógica es una modulación de onda sinusoidal continua.
Entre los tres métodos de modulación de comunicación digital (ASK, FSK, PSK), en términos de utilización del ancho de banda y rendimiento anti-ruido (o utilización de energía), el sistema PSK es generalmente el mejor. Por lo tanto, PSK se utiliza ampliamente en la transmisión de datos de media y alta velocidad.
1. ASK: también conocido como método de manipulación por desplazamiento de amplitud. La amplitud de la portadora cambia a medida que cambia la señal moduladora. En su forma más simple, la portadora se activa y desactiva en una señal modulada binaria, que también se denomina activación o desactivación (OOK).
l Método de modulación: El modulador se implementa mediante un multiplicador de fase.
l Tipo de modulación: 2ASK, MASK.
l Método de demodulación: coherente, no coherente.
MASK, también conocida como modulación digital multianalógica. En la modulación digital binaria, cada símbolo sólo puede representar 0 y 1 (+1 o -1). Sin embargo, en muchos sistemas prácticos de transmisión digital, se suele utilizar modulación digital de múltiples columnas. En comparación con los sistemas de modulación digital binaria, los sistemas de modulación digital multicódigo tienen las dos características siguientes: Primero: bajo la misma modulación fuente de código de canal, cada símbolo puede transportar log2M bits de información. Por lo tanto, la información se puede transmitir cuando la banda de frecuencia del canal es. limitado La tasa aumenta y se mejora la utilización de la banda de frecuencia. Pero el precio que se paga es una mayor potencia de la señal y una mayor complejidad de implementación. En segundo lugar, a la misma velocidad de transmisión de información, la duración de la fuente de señal multicódigo es más amplia que la de la fuente de señal binaria, porque la velocidad de transmisión del canal del modo multicódigo puede ser menor que la del modo binario. Ampliar el ancho del símbolo puede aumentar la energía del elemento de señal y también puede reducir el impacto de la interferencia entre símbolos causada por las características del canal y otras razones.
Comparación del rendimiento de modulación de 2ASK binario y MASK cuadrática:
Bajo las mismas condiciones de potencia de salida y ruido de canal, el rendimiento de modulación de MASK cae por debajo de OOK como señal de salida. -cambios de relación de ruido más rápido. Esto indica que las aplicaciones MASK requieren una relación señal-ruido más alta que el OOK normal. A la misma velocidad de transmisión del canal, la modulación de nivel M tiene el mismo ancho de banda de señal que la modulación de dos niveles. Es decir, a la misma tasa de símbolos, tienen el mismo espectro de potencia.
Aunque la modulación MÁSCARA multinivel es un método de transmisión de alta eficiencia, debido a su escasa capacidad antiruido, especialmente su escasa capacidad antidesvanecimiento, generalmente solo es adecuada para canales de referencia constantes.
2. PSK, también conocido como modulación por desplazamiento de fase, es un método de modulación de fase que cambia entre dos valores diferentes en función de la fase portadora de dos niveles de la señal de banda base digital.
Dos métodos para generar señales PSK:
1) Método de modulación de fase: el método de multiplicar directamente la señal digital de banda base (bipolar) y la señal portadora:
2) Método de selección: utilice señales de banda base digital para seleccionar dos portadoras con una diferencia de fase de 180 grados.
Las dos portadoras suelen estar desfasadas 180 grados, lo que se denomina codificación inversa (PSK).
S PSK = AS DIG (T)COS(W 0 T+O 0 ) donde: S DIG (T)=1 o -1
l Método de demodulación: solo Usar coherente demodulación.
l Tipo: Modificación por desplazamiento de fase binaria (2PSK), manipulación por desplazamiento de fase polinomial (MPSK).
3. FSK: también conocido como método de manipulación por desplazamiento de frecuencia.
FSK es un método de modulación anterior utilizado en la transmisión de información. Sus principales ventajas son: es más fácil de implementar y tiene un mejor rendimiento antiruido y antiatenuación. Ha sido ampliamente utilizado en la transmisión de datos a baja velocidad. El llamado FSK utiliza señales digitales para modular la frecuencia de la onda portadora.
l Método de modulación: 2FSK puede considerarse como la suma de la modulación de la señal por ASK en dos frecuencias portadoras diferentes.
l Método de demodulación: método coherente y método no coherente.
l Tipo: Modificación por desplazamiento de frecuencia binaria (2FSK), Modificación por desplazamiento de frecuencia multivariable (MFSK).
Además de los tres métodos de modulación básicos anteriores, con el desarrollo de la tecnología de comunicación digital de gran capacidad y larga distancia, han surgido algunos problemas nuevos, principalmente la limitación del ancho de banda del canal y el impacto de la no linealidad. en la señal transmitida. En este caso, los métodos tradicionales de modulación digital ya no pueden satisfacer las necesidades de las aplicaciones y se necesitan nuevos métodos de modulación digital para reducir el impacto del canal en la señal de transmisión, obteniendo así velocidades de transmisión más altas con recursos de ancho de banda limitados. La investigación sobre estas tecnologías se centra principalmente en cómo ahorrar espectro por completo y utilizar eficazmente el ancho de banda. La modulación de elementos múltiples es un método eficaz para mejorar la utilización del espectro, mientras que la tecnología de envolvente constante puede adaptarse a las características no lineales del canal y mantener una pequeña ocupación del espectro.
Las tecnologías extendidas a partir de la tecnología de modulación digital tradicional incluyen manipulación por desplazamiento mínimo (MSK), manipulación por desplazamiento mínimo con filtro gaussiano (GMSK), modulación de amplitud en cuadratura (QAM), modulación de uso complejo por división de frecuencia ortogonal (OFDM), etc.
4. QAM - también conocida como modulación de amplitud en cuadratura. En el sistema ASK binario, la tasa de utilización del ancho de banda es de 1 bit/s-Hz. Si se utiliza tecnología de modulación de portadora ortogonal para transmitir la señal ASK, la tasa de utilización del ancho de banda se puede duplicar. Si las variables múltiples se combinan con otras tecnologías, la utilización del ancho de banda se puede mejorar aún más. La tecnología que permite esto se llama modulación de amplitud en cuadratura (QAM). Se forma realizando una modulación de amplitud de portadora suprimida de doble banda lateral en dos señales utilizando portadoras ortogonales respectivamente. Generalmente hay QAM binario, QAM ortogonal (16QAM), QAM octal (64QAM),...etc.
5. MSK: también conocido como método de codificación por desplazamiento mínimo. Cuando hay no linealidad y limitación de ancho de banda en el canal, el cambio de amplitud de la señal digital al pasar a través del canal restaurará el componente de frecuencia fuera de banda autofiltrado y provocará la expansión del espectro. Al mismo tiempo, debe cumplir con los requisitos. requisitos de limitaciones de recursos de frecuencia. Por lo tanto, existen dos requisitos para las señales automoduladas: primero, la envolvente debe permanecer sin cambios; segundo, debe tener una ocupación mínima del espectro de potencia. Por lo tanto, la tecnología de modulación digital de envolvente constante con una ocupación mínima del espectro de potencia es la dirección de desarrollo de la tecnología de modulación digital moderna. La clave de la tecnología de modulación digital moderna es la continuidad de los cambios de fase, reduciendo así la ocupación de frecuencia. Las tecnologías recientemente desarrolladas en los últimos años se dividen principalmente en dos categorías: una es la tecnología de modulación de fase continua (CPFSK), que no tiene mutación de fase durante el proceso de conversión de elementos de código, como MSK, GMSK, etc.; la otra es el cambio de fase correlacionado; tecnología de codificación (COR-PSK), que utiliza tecnología de respuesta parcial para codificar en primera fase los datos transmitidos y luego realizar la modulación de fase (o modulación de frecuencia). MSK (Modificación por desplazamiento de frecuencia mínima) es una forma modificada de FSK por desplazamiento de frecuencia. En el método FSK, la frecuencia de cada símbolo permanece sin cambios o salta en un valor fijo, mientras que las fases de dos señales de símbolos adyacentes con frecuencias de salto suelen ser discontinuas. El llamado método MSK es un método especial en el que la fase de la señal FSK cambia siempre de forma continua. Puede verse como una señal CPFSK con un índice de modulación de 0,5.
El proceso de realización de la modulación MSK es el siguiente: primero, codifique diferencialmente la señal de banda base de entrada, luego divídala en I y Q, intercalelas con un ancho de símbolo y luego use la función de ponderación cos (πt / 2Tb) y sin (πt/2Tb) pesan los datos I y Q, y finalmente modulan los dos datos con portadoras ortogonales respectivamente.
6. GMSK: también conocido como método de manipulación por desplazamiento de frecuencia mínima del filtro gaussiano. Es una manipulación de frecuencia de desplazamiento de fase continua que utiliza un filtro gaussiano, que tiene un espectro más estrecho que una señal de manipulación de frecuencia de desplazamiento de fase continua sin filtrar equivalente.
En el sistema GSM, para cumplir con los estrictos requisitos de interferencia de canales adyacentes en las comunicaciones móviles, se utiliza la modulación de desplazamiento mínimo filtrada gaussiana (GMSK). La velocidad de modulación de este método de modulación es de 270833 Kbit/s, y cada acceso múltiple por división de tiempo. Trama TDMA Ocupa un intervalo de tiempo para enviar grupos de pulsos y la velocidad del grupo de pulsos es 33,86 Kbs. Hace que el lóbulo principal del espectro de modulación se estreche y el lóbulo lateral se desvanezca rápidamente, cumpliendo así los requisitos del sistema GSM y ahorrando recursos de frecuencia.